JP2021125432A5

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Publication number: JP2021125432A5
Application number: JP2020020085A
Authority: JP
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2040-02-07

Description

（１２）Ｘ線管球におけるターゲットの冷却方法であって、電子線の放出方向から見て、前記ターゲットを冷却する冷却流体を、電子線が前記ターゲットに衝突して発熱する発熱中心における前記冷却流体の平均流速に比して、前記発熱中心の周辺部における前記冷却流体の平均流速の方が大きくなる膜状流路に流すことにより、前記ターゲットを冷却する、Ｘ線管球におけるターゲットの冷却方法。

フィラメント５は、ハウジング２を貫通する電極１０により外部の変圧器に電気的に接続され、電子の供給を受けるとともに、ジュール熱により加熱される。すなわち、フィラメント５及び電極１０は、電子線放出部を構成する。

ここで、固体熱拡散部材１４は、ターゲット６で発生する熱を速やかに拡散及び冷却する目的でターゲット６の第２の面の側に取り付けられる部材又は構造を指している。図３に示したＸ線管球１００の例では、固体熱拡散部材１４とベース１とは別部材として作成され、固体熱拡散部材１４がベース１に取り付けられることにより、ベース１の一部を構成する構造となっているが、両者を一体のものとして、ベース１に固体熱拡散部材１４として機能する構造を作成するようにしてもよい。

固体熱拡散部材１４の裏側の面は平坦ではなく、同図に示すように、発熱中心Ｏを中心として、固体熱拡散部材１４の裏側に向かって凸となるように突出する凸形状部１６を有している。本実施形態では、凸形状部１６は、発熱中心Ｏを中心軸とする軸対称（回転対称）の形状であり、その先端が半球となる、球頭形状となっている。また、凸形状部１６の周囲は、図中上に向かって凹となる半円環面であり、凸形状部１６とは滑らかに接続されている。半円環面の外周は、図中下に向かって立ち上がる壁面となっており、固体熱拡散部材１４の裏側の面に設けられ、中心に凸形状部１６が立設された窪みを形成している。

図５には、流路が膜状流路Ｆとなっている区間を白抜き矢印で示した。膜状流路Ｆでは、流路断面積が他の部分に比して小さくなるため、冷却流体の流速は増大し、効率よく固体熱拡散部材１４からの熱交換を受ける。

本実施形態に係る冷却構造１１では、固体熱拡散部材１４の裏面は平坦であり、裏側から見て、平坦な底を持つ円筒上の窪みを有する形状となっている。かかる窪みの中に、流入口１９及び流出口２１と、流入口１９及び流出口２１と接続された円環状膜状流路２０を形成する流路形成部材１５が挿入され、ヘッダー３により冷却流体供給管１２と流入口１９が接続されるとともに、冷却流体排出管１３と流出口２１がそれぞれ接続される。

また、本実施形態に係る冷却構造１１においても、第３の実施形態と同様に、固体熱拡散部材１４の裏面は平坦であり、裏側から見て、平坦な底を持つ円筒上の窪みを有する形状となっている。かかる窪みの中に、流路形成部材１５が挿入され、ヘッダー３により冷却流体供給管１２と流入口１９が接続されるとともに、冷却流体排出管１３と流出口２１がそれぞれ接続される構造も同様である。流路形成部材１５は、流入口１９及び流出口２１と接続された楕円環状膜状流路２４を形成する。

本実施形態に係る楕円環状膜状流路２４は、図１２の紙面に垂直な面内に広がる楕円環形状の流路であり、図１２で示した断面図では本来現れないが、説明の便宜上、図１２の奥行方向に見える楕円環状膜状流路２４の入口と出口を示した。また、流出口２１も本来図１２の断面には表れないが、その位置を示している。楕円環状膜状流路２４の出口と流出口２１の位置は、図中破線で示した。

また、流路形成部材１５の図中右側の流出口２１と重なり合う位置には、分離壁２２が設けられている。分離壁２２の形状および意義については後述する。楕円環状膜状流路２４は、固体熱拡散部材１４の裏面と流路形成部材１５の表面との間に形成され、その流れの厚さ方向の断面は、図１２に現れているように扁平な矩形である。冷却構造１１における膜状流路Ｆが形成されている区間は、楕円環状膜状流路２４が形成されている区間と一致し、その区間は白抜き矢印にて示されている。

図１３は、図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線による平面断面図である。楕円環状膜状流路２４は、平面視において長軸Ｈを有する楕円環形状であり、その一方の側に冷却流体供給管１２と接続される流入口１９が設けられ、その他方の側に冷却流体排出管１３と接続される流出口２１が設けられる。また、流出口２１には、分離壁２２が設けられ、流入口１９から二手に分かれた流路を、流出口２１の位置において隔てている。

図１３に示されるように、流入口１９から楕円環状膜状流路２４へと流入した冷却流体は、矢線ｇに示されるように図中上下の二手に分かれて楕円環状膜状流路２４内をその周方向に流れる。そして、流入口１９と反対の側において、流出口２１から流出する。この際に、上下に二手に分かれた互いに異なる流れは、分離壁２２により分離され、互いに衝突することなく流出口２１へと流れ出すようにされている。

本実施形態に係る冷却構造１１における最大流速ｖ_ｍは、楕円環状膜状流路２４の断面中央付近で得られ、周方向に沿っておおむね一定となる。

また、本実施形態において、図１３に示すように、楕円環状膜状流路２４は円形ではなく、軸Ｈを長軸とする楕円環形状とされている。この理由は次のとおりである。すなわち、ターゲット６において電子線７が衝突し発熱を生じる発熱領域の形状は、一般に、発熱中心Ｏに対し、等方的ではなく特定の方向に偏りを持つ。具体的には、一定長さの直線状の細長い領域となる。図１３には、この発熱領域２３の形状を示した。なお、発熱領域２３の形状が直線状となるのは、図３に示すように、電子線７を放出する陰極となるフィラメント５が細長い直線状の形状をしているためであり、電子線７の断面形状はこのフィラメント５の形状に左右されるからである。

この整流フィン２５は、望ましい流れの向きに沿った方向に延びる板状部材として流路形成部材１５に形成される。本変形例では、整流フィン２５は、前室１７内に設けられたが、整流フィン２５の配置位置はこれに限定されず、楕円環状膜状流路２４内やその流入口１９及び流出口２１、その前後の前室１７及び後室１８を含む、冷却流体の流路のいかなる場所に設けてもよい。整流フィン２５は、冷却流体の流れの向きや断面が急激に変化するなど、流れの乱れが生じやすい場所に適宜設けるとよく、必要でなければ必ずしも設けなくともよい。

図１６は、本発明の第４の実施形態の変形例に係る流路形成部材１５を、図１５とは反対に、上面側から見た斜視図である。同図に示すように、流路形成部材１５の上面中心部には柱状の凸部となる柱頭部２６が形成され、その周囲に断面矩形の楕円環状の窪みである楕円環状凹部３０が設けられている。流入口１９、流出口２１の位置及び形状、分離壁２２の形状も同図によく表れている。

Ｘ線回折装置２０１のＸ線発生装置２０５には、上述した各実施形態に係るＸ線管球１００が装着され、電極１０（図３参照）に電流を供給することで、Ｘ線を発生させる。また、Ｘ線管球１００には、別途設置した流体ポンプより冷却流体が供給され循環することにより冷却がなされる。

１ベース、２ハウジング、３ヘッダー、５フィラメント、６ターゲット、７電子線、８Ｘ線、９窓、１０電極、１１冷却構造、１２冷却流体供給管、１３冷却流体排出管、１４固体熱拡散部材、１５流路形成部材、１６凸形状部、１７前室、１８後室、１９流入口、２０円環状膜状流路、２１流出口、２２分離壁、２３発熱領域、２４楕円環状膜状流路、２５整流フィン、２６柱頭部、２７円環状凹部、２８円環状壁、２９導入管部、３０楕円環状凹部、１００Ｘ線管球、２００Ｘ線分析装置、２０１Ｘ線回折装置、２０２結晶相同定装置、２０３表示装置、２０４ゴニオメータ、２０５Ｘ線発生装置、２０６コリメータ、２０７Ｘ線検出器、２０８制御ユニット、２０９入出力装置、２１０試料、９００冷却構造、９０１ターゲット、９０２支持台、９０３電子線、９０４ノズル、９０５噴流。

Claims

電子線を放出する電子線放出部と、
前記電子線が衝突する第１の面を有するターゲットと、
前記ターゲットの前記第１の面と反対の面である第２の面の側に固定された固体熱拡散部材と、
前記固体熱拡散部材の前記ターゲットと反対の側に配置され、冷却流体が膜状流れを形成する膜状流路を形成する流路形成部材と、を有し、
前記電子線の放出方向から見て、前記電子線が前記ターゲットに衝突して発熱する発熱中心を含む領域において、前記固体熱拡散部材の前記ターゲットと反対の側に向かって突出する凸形状部が形成され、
前記膜状流路は、前記凸形状部の表面の少なくとも一部に沿った形状である、
Ｘ線管球。
前記膜状流路は、前記電子線の放出方向から見て、前記発熱中心から所定の距離における前記冷却流体の平均流速が、前記発熱中心における前記冷却流体の平均流速より大きくなる形状である、請求項１に記載のＸ線管球。
前記膜状流路は、前記発熱中心から所定の距離の位置において流路断面積が最小となる形状である請求項１又は２記載のＸ線管球。
前記凸形状部は、球頭形状又は尖頭形状である請求項１～３のいずれか１項に記載のＸ線管球。
前記冷却流体を前記膜状流路に導入する導入管部が、前記導入管部の中心軸と前記凸形状部の中心軸とが同軸となるように設けられる請求項１～４のいずれか１項記載のＸ線管球。
前記膜状流路は、前記冷却流体の流入口及び流出口を有し、前記凸形状部を囲繞する円環形状である請求項１～３及び５のいずれか１項に記載のＸ線管球。
前記流入口及び前記流出口は、前記凸形状部を挟み、前記膜状流路の互いに反対の側に配置される請求項６記載のＸ線管球。
前記膜状流路は、前記流出口の位置において、流れの異なる前記冷却流体を分離する分離壁を有する請求項６又は７記載のＸ線管球。
前記膜状流路は、前記電子線の放出方向から見て、前記電子線が前記ターゲットに衝突して発熱する発熱領域の長手方向を長軸とする長円又は楕円形状である、
請求項１～８のいずれか１項に記載のＸ線管球。
前記流路形成部材は、前記冷却流体の流れ方向に沿った整流フィンを有する、
請求項１～９のいずれか１項に記載のＸ線管球。
請求項１～１０のいずれか１項に記載のＸ線管球を備えたＸ線分析装置。
Ｘ線管球におけるターゲットの冷却方法であって、電子線の放出方向から見て、前記ターゲットを冷却する冷却流体を、電子線が前記ターゲットに衝突して発熱する発熱中心における前記冷却流体の平均流速に比して、前記発熱中心の周辺部における前記冷却流体の平均流速の方が大きくなる膜状流路に流すことにより、前記ターゲットを冷却する、Ｘ線管球におけるターゲットの冷却方法。